中位供電基團對卟啉類染料敏化劑光伏性能影響的研究(1)

1、中位供電基團對卟啉類染料敏化劑光伏性中位供電基團對卟啉類染料敏化劑光伏性能影響的研究能影響的研究EffectofthePphyrinMesosubstitutedDonMoietiesonthePerfmanceoftheDyesensitizedSolarCells學科專業(yè)：應用化學研究生：薛曉東指導教師：張衛(wèi)紅副教授天津大學化工學院二零一四年六月摘要本論文主要研究不同供電基團對染料光電性能的影響，設計了基于咔唑基團氮原子上引入不同正

2、丁基、正己基和正癸基的CZ系列染料和基于不同剛性二芳胺基團的卟啉染料，并應用到染料敏化太陽能電池中，測試其光伏性能。以咔唑為原料，將咔唑氮原子分別連結不同正構烷烴，再通過Vilsmeier試劑將咔唑的一個苯環(huán)對位進行甲?；玫?H咔唑3甲醛。通過MacDonald[22]法合成卟啉自由堿、再經(jīng)灌金屬反應、水解反應，得到三個CZ卟啉染料。目標產(chǎn)物和中間產(chǎn)物均經(jīng)過質譜、1HNMR表征，并對目標染料分子的光學性能、電化學性能以及光電轉換性能進

3、行了研究測試。由于三個CZ染料分子結構非常類似，僅取代烷基鏈長度有所差別，其紫外可見吸收光譜和穩(wěn)態(tài)熒光光譜也比較相似。CZ10由于其烷基鏈最長，能夠有效抑制電子向電解質回傳，降低電子復合速率，防止暗電流產(chǎn)生，其電子壽命最長且開路電壓VOC最大。但由于其空間位阻過大導致染料吸附量太低，染料捕獲的光能量最少，產(chǎn)生的光生電子最少，其短路電流JSC最低。實驗結果表明用于防聚集的正己基鏈由于長度合適，比正丁基能更好地防止電子回傳，比空間位阻更大的

4、正癸基在TiO2表面的染料吸附量大，因此CZ6染料的光電轉換效率最高（2.13%）。以苯基二吡咯烷、原甲酸三甲酯和對氰基苯甲醛為原料，通過MacDonald[22]法合成卟啉自由堿，再經(jīng)NBS溴化和灌金屬反應、BuchwaldHartwig碳氮偶聯(lián)反應、還原反應以及Knoevenagel縮合反應，得到三個卟啉染料。目標產(chǎn)物和中間產(chǎn)物均經(jīng)過質譜、1HNMR表征，并對目標染料分子的光學性能、電化學性能以及光電轉換性能進行了研究測試。DPAC

5、NCOOH、IDBCNCOOH和ISBCNCOOH紫外可見吸收峰形類似。通過DFT計算，三個染料上氮原子的福井函數(shù)分別為0.8267，0.8955和0.6684，染料ISBCNCOOH的福井函數(shù)值與其他染料相反，說明其供電基團上的氮原子沒有表現(xiàn)出親核性，光電轉換效率最差（2.62%）。由于福井函數(shù)值最大，染料IDBCNCOOH親核性和供電子能力最強，從而有利于電子傳輸進程和電荷分離態(tài)的穩(wěn)定性。染料IDBCNCOOH的光電轉換效率達到了N